(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の脚鉄心と当該複数の脚鉄心を連結する一対の継鉄心とによって閉磁路を構成するものであり、
入力巻き線が巻回される入力脚鉄心と、被加熱物である環状金属体に挿入される加熱用脚鉄心とを有し、
前記加熱用脚鉄心が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、
前記加熱用脚鉄心の内側周面に密着して冷却管を設け、当該冷却管に冷却媒体を流通させることにより前記加熱用脚鉄心を冷却するものであり、
前記冷却管の下側端部に前記冷却媒体を導入する導入ポート及び前記冷却媒体を導出する導出ポートが設けられており、
前記加熱用脚鉄心に対して前記一対の継鉄心のうち上側の継鉄心を着脱させる着脱機構をさらに有し、前記金属管を前記加熱用脚鉄心に取り付け又は取り外しを可能にしている環状金属体誘導加熱装置。
【請求項２】
複数の脚鉄心と当該複数の脚鉄心を連結する一対の継鉄心とによって閉磁路を構成するものであり、
入力巻き線が巻回される入力脚鉄心と、被加熱物である環状金属体に挿入される加熱用脚鉄心とを有し、
前記加熱用脚鉄心が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、
前記加熱用脚鉄心の内側周面に密着してヒートパイプを設け、当該ヒートパイプに冷却媒体を流通させることにより前記加熱用脚鉄心を冷却するものであり、
前記ヒートパイプの一端部が、前記加熱用脚鉄心の下面から外部に延出するとともに、この延出した部分が冷却されるように構成されており、
前記加熱用脚鉄心に対して前記一対の継鉄心のうち上側の継鉄心を着脱させる着脱機構をさらに有し、前記金属管を前記加熱用脚鉄心に取り付け又は取り外しを可能にしている環状金属体誘導加熱装置。
【請求項３】
前記加熱用脚鉄心と前記環状金属体との間に断熱材を設けている請求項１又は２記載の環状金属体誘導加熱装置。
【請求項４】
前記入力脚鉄心がインボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、
前記入力脚鉄心の内側周面に密着して冷却管を設け、当該冷却管に冷却媒体を流通させることにより前記入力脚鉄心を冷却する請求項１、２又は３記載の環状金属体誘導加熱装置。
【請求項５】
前記入力脚鉄心がインボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、
前記入力脚鉄心の内側周面に密着してヒートパイプを設け、当該ヒートパイプに冷却媒体を流通させることにより前記入力脚鉄心を冷却する請求項１、２又は３記載の環状金属体誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱により金属管等の環状金属体を加熱する環状金属体誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加熱物である金属管などの環状金属体を誘導加熱する装置としては、特許文献１に示すように、金属管の周りに誘導加熱コイルを巻回して設け、交流電流を流すことによって金属管を誘導加熱するものがある。
【０００３】
しかしながら、金属管を誘導加熱コイルで直接誘導加熱するものでは金属管の加熱温度が高温になるにしたがって誘導加熱コイルが損傷してしまう可能性があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１７２８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで本出願人は、金属管を誘導加熱コイルが損傷するほどの高温に誘導加熱したい場合には、入力巻き線を施す入力脚鉄心と、加熱金属管に挿入する加熱用脚鉄心とに分けて、それら入力脚鉄心及び加熱用各鉄心を一対の継鉄心で連結することで閉磁路を形成して、金属管を誘導加熱する誘導加熱装置を考えている。
【０００６】
しかしながら、金属管に挿入する加熱用脚鉄心もキュリー温度である７７０℃を超えると強磁性が失われ常磁性体となり、それ以上の高温に誘導加熱することが困難となるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、例えば金属管等の環状金属体に挿入する加熱用脚鉄心の温度を可及的に低くしながらも、環状金属体を加熱用鉄心のキュリー温度以上に加熱可能にすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明に係る環状金属体誘導加熱装置は、複数の脚鉄心と当該複数の脚鉄心を連結する一対の継鉄心とによって閉磁路を構成するものであり、入力巻き線が巻回される入力脚鉄心と、被加熱物である環状金属体に挿入される加熱用脚鉄心とを有し、前記加熱用脚鉄心が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、前記加熱用脚鉄心の内側周面に密着して冷却管を設け、当該冷却管に冷却媒体を流通させることにより前記加熱用脚鉄心を冷却するものであり、前記冷却管の下側端部に前記冷却媒体を導入する導入ポート及び前記冷却媒体を導出する導出ポートが設けられており、前記加熱用脚鉄心に対して前記一対の継鉄心のうち上側の継鉄心を着脱させる着脱機構をさらに有し、前記金属管を前記加熱用脚鉄心に取り付け又は取り外しを可能にしていることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、加熱用脚鉄心の内側周面に冷却管を密着して設けるとともに、冷却管内に冷却媒体を流通させることによって加熱用脚鉄心の周方向全体を効率良く冷却することができる。このように加熱用脚鉄心を冷却することにより、加熱用脚鉄心をキュリー温度未満にしながらも、環状金属体をキュリー温度以上に加熱することができる。
【００１０】
また本発明に係る金属管誘導加熱装置は、複数の脚鉄心と当該複数の脚鉄心を連結する一対の継鉄心とによって閉磁路を構成するものであり、入力巻き線が巻回される入力脚鉄心と、被加熱物である環状金属体に挿入される加熱用脚鉄心とを有し、前記加熱用脚鉄心が、インボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、前記加熱用脚鉄心の内側周面に密着してヒートパイプを設け、当該ヒートパイプに冷却媒体を流通させることにより前記加熱用脚鉄心を冷却するものであり、前記ヒートパイプの一端部が、前記加熱用脚鉄心の下面から外部に延出するとともに、この延出した部分が冷却されるように構成されており、前記加熱用脚鉄心に対して前記一対の継鉄心のうち上側の継鉄心を着脱させる着脱機構をさらに有し、前記金属管を前記加熱用脚鉄心に取り付け又は取り外しを可能にしていることを特徴とする。このようなものであっても、上述したように、加熱用脚鉄心の周方向全体を効率良く冷却することができる。また、冷却管に冷却媒体を流通させるものに比べると冷却性能は劣るものの冷却管に冷却媒体を流通させるシステムを不要とすることができるので、冷却構造を簡素化することができる。
【００１１】
加熱用脚鉄心と環状金属体との間の伝熱を防止するためには、前記加熱用脚鉄心と前記環状金属体との間に断熱材を設けていることが望ましい。これならば、冷却構造（冷却管又はヒートパイプ）により加熱用脚鉄心だけでなく環状金属体が冷却されることを防ぐとともに、加熱された環状金属体の熱が加熱用脚鉄心に伝熱しないようにすることができる。これにより加熱用脚鉄心のみを効率良く冷却することができる。
【００１２】
加熱処理された環状金属体を誘導加熱装置から容易に取り外し可能にするとともに、未処理の環状金属体を容易に取り付け可能にするためには、前記加熱用脚鉄心に対して前記継鉄心を着脱させる着脱機構を有し、前記環状金属体を前記加熱用脚鉄心に取り付け又は取り外しを可能にしていることが望ましい。
【００１３】
環状金属体を極めて急速に加熱する場合、入力電圧の周波数を高くすると、おおよそ周波数の２乗に比例して環状金属体に加わる電力が増加することになる。しかし加熱する環状金属体の寸法が決まっていれば挿入する加熱用脚鉄心の寸法には制約があり、入力巻き線を施す入力脚鉄心の寸法も同じにすることが望ましい。つまり、周波数が高くなっても各脚鉄心の磁束密度は同じ程度にせざるを得ず、鉄損が増大して鉄心温度が上昇することになる。例えば厚さ０．２３ｍｍの方向性珪素鋼板の５０Ｈｚ、１Ｔ（テスラー）における鉄損は０．３Ｗ／ｋｇ程度であるが、１０００Ｈｚ、１Ｔにおける鉄損は、それの１３３倍の４０Ｗ／ｋｇ程度である。これにより脚鉄心の温度上昇値も約１３３倍になることになり、キュリー温度の７７０℃を超える可能性がある。したがって、入力脚鉄心及び加熱用脚鉄心の両方を冷却することが望ましい。つまり、前記入力脚鉄心がインボリュート形状に湾曲された湾曲部を有する多数の磁性鋼板を放射状に積層して円筒状に形成した円筒状をなすものであり、前記入力脚鉄心の内側周面に密着して冷却管を設け、当該冷却管に冷却媒体を流通させることにより前記入力脚鉄心を冷却する、或いは、前記入力脚鉄心の内側周面に密着してヒートパイプを設け、当該ヒートパイプに冷却媒体を流通させることにより前記入力脚鉄心を冷却することが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、例えば金属管等の環状金属体に挿入する加熱用脚鉄心の温度を可及的に低くしながらも、環状金属体を加熱用鉄心のキュリー温度以上に加熱可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る環状金属体誘導加熱装置の構成を示す縦断面図。
【図２】同実施形態の環状金属体誘導加熱装置のＡ−Ａ線端面図。
【図３】金属管（ＳＵＳパイプ）の加熱電気特性を示す図。
【図４】金属管（ＳＵＳパイプ）の昇温特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明に係る環状金属体誘導加熱装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態に係る環状金属体誘導加熱装置１００は、例えばステンレス製の金属管を誘導加熱して熱処理するものであり、図１に示すように、第１の脚鉄心２と、第２の脚鉄心３と、これら第１の脚鉄心２及び第２の脚鉄心３の上下それぞれを連結する一対の継鉄心４とを有する。
【００１８】
第１の脚鉄心２は入力巻き線５が巻回される入力脚鉄心であり、第２の脚鉄心３は被加熱物である金属管Ｗに挿入されて、当該金属管Ｗが同軸に配置される加熱用脚鉄心である。また、第１の脚鉄心２及び第２の脚鉄心３は、図１に示すように、インボリュート曲線状に湾曲した湾曲部を有する複数の珪素鋼板を円周方向に放射状に積み重ねて円筒状に形成した円筒状のインボリュート鉄心である。本実施形態の脚鉄心２、３では、前記複数の珪素鋼板を放射状に積層して円筒状に形成し、これを径方向に同心円状に２段積層（段数は必要とする脚鉄心の直径に合わせる。）して形成したものである。これら第１の脚鉄心２及び第２の脚鉄心３の軸方向長さは被加熱物である環状金属体Ｗの軸方向長さよりも長く設定してある。さらに、第２の脚鉄心３の外側周面全体には、第２の脚鉄心３及び環状金属体Ｗとの熱のやり取りを遮断するための断熱材６が設けられている。なお、断熱材６は第２の脚鉄心３の外側周面に密着して設けるほか、第２の脚鉄心３の外側周面から離間して同軸に配置する等が考えられる。
【００１９】
そして、本実施形態の環状金属体誘導加熱装置１００は、図１及び図２に示すように、第２の脚鉄心３の円形状をなす内側周面に密着して設けられた円筒状の冷却管７とを備えており、冷却管７に冷却媒体を流通させることによって第２の脚鉄心３を冷却するように構成している。
【００２０】
冷却管７は、第２の脚鉄心３の上下を貫通するように設けられており、その第２の脚鉄心３の下部に位置する端部に、冷却媒体を導入する導入ポートＰ１及び冷却媒体を導出する導出ポートＰ２を有する。導入ポートＰ１には冷却媒体供給配管（不図示）が接続され、導出ポートＰ２には冷却媒体導出配管（不図示）が接続されており、これら配管に接続された冷却媒体源（不図示）から冷却媒体が供給されることにより冷却管７内を冷却媒体が流通する。冷却媒体の温度及び流量は、図示しない例えば熱交換機などの温調機構及び例えばマスフローコントローラ等の流量制御機器等によって制御される。
【００２１】
具体的に冷却管７は、ステンレス製であり、導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２が同一端部（下側端部）に設けられた二重管構造であり、導入ポートＰ１から内管内を通って内管７１及び外管７２の間に冷却媒体が流れ、そして外管７２に設けられた導出ポートＰ２から導出されるように構成されている。なお、後述するように上部の継鉄心４が第２の脚鉄心３に対して着脱可能に構成されていることから、当該継鉄心４の着脱の邪魔とならないように、本実施形態の冷却管７は、第２の脚鉄心３の上部には延出しておらず、冷却管７の上端面と第２の脚鉄心３の上端面とが略面一となるように構成されている。このため導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２は、第２の脚鉄心３の下部に位置するように構成されている。
【００２２】
ここで、冷却管７において内管７１の外側周面及び外管７２の内側周面に螺旋状のリブや溝を設けることが望ましい。この螺旋状のリブや溝により、冷却媒体が内管７１及び外管７２の間の空間で撹拌されることになり、外管７２と第２の脚鉄心３との熱交換を効率良く行うことができる。また、冷却管７と第２の脚鉄心３との間に例えばエポキシ樹脂等の耐熱性に優れ熱伝導性に優れた接着剤を充填することで第２の脚鉄心３等をより一層効率良く冷却することができる。
【００２３】
さらに本実施形態の環状金属体誘導加熱装置１００は、第２の脚鉄心３に対して上部の継鉄心４を着脱させる着脱機構を有しており、環状金属体Ｗを第２の脚鉄心３に取り付け又は取り外しを可能にしている。なお、第２の脚鉄心３に対して上部の継鉄心４が装着された状態とは、第２の脚鉄心３及び上部の継鉄心４とが閉磁路を形成した状態であり、第２の脚鉄心３に対して上部の継鉄心４が離脱された状態とは、第２の脚鉄心３から上部の継鉄心４が離間して第２の脚鉄心３の上部が開放された状態である。
【００２４】
着脱機構は、例えば油圧機構を用いたものが考えられ、手動又は自動により、第１の脚鉄心２及び第２の脚鉄心３に対して上部の継鉄心４を上方に離間させて第２の継鉄心３の上部を開放する方式や、第１の脚鉄心２を回転中心として上部の継鉄心４を回転させて、第２の継鉄心３の上部を開放する方式、又は上部の継鉄心４を側方に移動させて第２の継鉄心３の上部を開放する方式等が考えられる。なお、第２の継鉄心３の上部が開放された状態で、環状金属体Ｗの取り付け又は取り外しを行う。
【００２５】
なお、第２の継鉄心３の上部又は下部を開放する方式であれば、各部材をどのように移動させるものであっても良い。例えば、第２の脚鉄心３及び下部の継鉄心４を、下方に離間させる、第１の脚鉄心２を回転中心として回転させる、又は側方に移動させるものであっても良い。その他、下部の継鉄心４のみを、下方に離間させる、第１の脚鉄心２を回転中心として回転させる又は側方に移動させるものであっても良い。また、第２の脚鉄心３を横方向に移動させるものであっても良い。
【００２６】
次にこのように構成した環状金属体誘導加熱装置を用いて金属管を加熱した場合の、各部の温度及び昇温特性について図３及び図４に示す。
【００２７】
図３に示すように、金属管であるＳＵＳパイプを４０℃〜９５０℃の範囲で加熱した場合であっても、負荷側脚鉄心（第２の脚鉄心３）の表面温度は、２５．３℃〜３４７．５℃の範囲であり、負荷側脚鉄心をキュリー温度に保ちながらも、ＳＵＳパイプをキュリー温度以上に加熱することができた。なお、このときのコイル側脚鉄心（第１の脚鉄心２）の表面温度は、１９．４℃〜９０．４℃であり、金属管の加熱に何ら影響を与えない。
【００２８】
また、図４にＳＵＳパイプの温度、負荷側脚鉄心の表面温度、コイル側脚鉄心の表面温度及びコイルの温度の経時変化を示す。この図４から、ＳＵＳパイプを加熱開始後２分経過後に、ＳＵＳパイプを７７０℃以上に加熱できている一方で、ＳＵＳパイプを加熱し続けたとしても（加熱開始後５分以上経過しても）、負荷側脚鉄心の表面温度が７７０℃以下に抑えられていることが分かる。
【００２９】
このように構成した本実施形態に係る環状金属体誘導加熱装置１００によれば、加熱用脚鉄心である第２の脚鉄心３の内側周面に冷却管７を密着して設けるとともに、冷却管７内に冷却媒体を流通させることによって第２の脚鉄心３の周方向全体を効率良く冷却することができる。このように第２の脚鉄心３を冷却することにより、第２の脚鉄心３を構成する珪素鋼板をキュリー温度未満にしながらも、環状金属体Ｗをキュリー温度以上に加熱することができる。
【００３０】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３１】
例えば、冷却管の替わりにヒートパイプを脚鉄心の内側周面に密着して設けても良い。この場合、ヒートパイプの一端部を脚鉄心の上面又は下面から外部に延出するようにして、この延出した部分を冷却するように構成しても、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、例えば上部の継鉄心４が第２の脚鉄心３に対して着脱される場合には、ヒートパイプの一端部を脚鉄心の下面から外部に延出するように構成することが好ましい。
【００３２】
また前記実施形態では、加熱用脚鉄心にのみ冷却管を設ける構成であったが、入力脚鉄心である第１の脚鉄心にも冷却管又はヒートパイプを設けても良い。これならば、装置全体の温度を下げることができる。
【００３３】
さらに、前記実施形態では、冷却管が二重管構造であったが単管構造であっても良い。
【００３４】
その上、前記実施形態では、脚鉄心が２つのタイプについて説明したが、３脚以上のものであり、そのうちの１つの脚鉄心を加熱用脚鉄心としても良い。
【００３５】
加えて、前記実施形態の誘導加熱装置では第１の脚鉄心及び第２の脚鉄心の両方をインボリュート鉄心としているのが、加熱用脚鉄心のみをインボリュート鉄心とし、その他の脚鉄心に積鉄心や巻鉄心を用いても良い。
【００３６】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３７】
１００・・・静止誘導機器（変圧器）
Ｗ    ・・・環状金属体（金属管）
２    ・・・第１の脚鉄心
３    ・・・第２の脚鉄心
４    ・・・継鉄心
５    ・・・入力巻き線
６    ・・・断熱材
７    ・・・冷却管
【図１】
0005828584.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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